Decida qual forma convém à operação: retangular a + jb para somar e subtrair, polar r∠θ para multiplicar, dividir, potências e raízes.
Multiplique com j² = −1; divida multiplicando o numerador e o denominador pelo conjugado do denominador.
Converta com r = √(a² + b²) e θ a partir de um esboço do ponto (verifique o quadrante), e de volta com a = r cos θ, b = r sin θ.
Para potências use De Moivre, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; para zⁿ = R∠φ liste todas as n raízes R1/n∠((φ + 360°k)/n).
Equações diferenciais
Crescimento/decaimento exponencial
dy/dt = ky → y = y0ekt
Meia-vida
k = ln 2 / t½
Lei de resfriamento de Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Fator integrante
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Tanque de mistura
dm/dt = r·c − (r/V)·m
Matrizes e determinantes
determinante 2×2
det = ad − bc
Inversa 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Produto
(AB)ij = Σk AikBkj
Valores próprios
det(A − λI) = 0
Regra de Cramer
xi = det(Ai)/det(A)
Vetores: produto escalar e vetorial
Módulo
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Vetor unitário
û = a/|a|
Componentes a partir de um ângulo
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Produto escalar
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Projeção escalar de a sobre b
a·b/|b|
Trabalho
W = F·d
Produto vetorial
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Áreas
paralelogramo |a × b|, triângulo ½|a × b|
Momento em relação a O
MO = r × F, r = A − O
Volume de um paralelepípedo
V = |a·(b × c)|
Método
Escreva todo vetor em componentes; para uma força dada por um módulo e um ângulo, use F·cos θ e F·sin θ.
Para comprimentos e direções use o módulo √(x² + y² + z²) e o vetor unitário a/|a|.
Use o produto escalar para ângulos, projeções, perpendicularidade e trabalho: a·b = |a||b|cos θ.
Use o produto vetorial para vetores perpendiculares, áreas e momentos: escreva as três componentes com cuidado, mantendo a ordem a × b.
Probabilidades
Complementar
P(not A) = 1 − P(A)
Regra da adição
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Eventos independentes
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Probabilidade condicional
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Binomial
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k
Estatística descritiva
Média
x̄ = Σx/n
Desvio-padrão amostral
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Mediana
valor do meio dos dados ordenados
Pontuação z
z = (x − μ)/σ
Distribuição normal
68% dentro de ±1σ, 95% dentro de ±2σ
Distribuição normal
Pontuação z
z = (x − μ)/σ
Abaixo de x
P(X < x) = Φ(z)
Acima de x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Entre
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentil
x = μ + z·σ
Método
Converta o valor em um escore z: z = (x − μ)/σ.
Procure Φ(z), a área à esquerda de z.
Para a área à direita use 1 − Φ(z); para um intervalo subtraia as duas áreas à esquerda.
Para um percentil, faça o caminho inverso: encontre z para a área e depois x = μ + z·σ.
2Exercícios
1.LimitesMédia
Encontre o limite L = limx→∞ (1 − 2/x)2x. Dê um valor decimal.
f(x) = (1 − 2/x)2xx → ∞
L =
2.LimitesDifícil
Encontre o limite L = limx→0 (1 − cos 5x)/(x²), com x em radianos.
f(x) = (1 − cos 5x)/(x²)x → 0
L =
3.DerivadasMédia
Seja f(x) = x2·ex. Calcule f′(2).
f(x) = x2·exx = 2
f′(2) =
4.DerivadasDifícil
A reta tangente a f(x) = 2x2 + 4x − 4 em x = −1 corta o eixo y em y = b. Calcule b.
f(x) = 2x2 + 4x − 4x = −1
b =
5.IntegraisMédia
Calcule I = ∫03 ex dx.
f(x) = ex[0, 3]
I =
6.IntegraisDifícil
Calcule a área A da região limitada por y = 0,5x2 e y = x.
y = 0,5x2y = x
A =
7.Números complexosMédia
Escreva z = 8∠110° na forma retangular a + jb e dê a parte real a.
r = 8θ = 110°
a =
8.Números complexosDifícil
Use o teorema de De Moivre para encontrar a parte real de z⁶ para z = 1 − j√3.
z = 1 − j√3n = 6
Re(z⁶) =
9.Equações diferenciaisMédia
Uma peça de aço forjado a 440 °C é deixada esfriando em uma oficina a 23 °C. Após 28 min sua temperatura é 126 °C. Ela segue a lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Quanto tempo após o início, t, leva para chegar a 59 °C?
T0 = 440 °CTa = 23 °CT(28) = 126 °CT = 59 °C
t = min
10.Equações diferenciaisDifícil
Resolva o problema de valor inicial y′ + 2y/x = 4x2 para x > 0, com y(1) = 3. Encontre y(2).
y′ + 2y/x = 4x2y(1) = 3
y(2) =
11.Matrizes e determinantesMédia
Calcule o determinante det A da matriz 3×3 A apresentada.
A = [2 −1 1; −3 −2 −3; 1 −1 1]
det A =
12.Matrizes e determinantesDifícil
Calcule o maior valor próprio λ da matriz A apresentada.
A = [4 −2; −5 1]
λ =
13.Vetores: produto escalar e vetorialMédia
Encontre o valor de k para o qual os vetores a = (1, −5, −2) e b = (5, k, 1) são perpendiculares.
a = (1, −5, −2)b = (5, k, 1)
k =
14.Vetores: produto escalar e vetorialDifícil
Para a = (0, 4, 3) e b = (−4, 4, 6), encontre a componente x (a × b)x do produto vetorial a × b.
a = (0, 4, 3)b = (−4, 4, 6)
(a × b)x =
15.ProbabilidadesMédia
Lança-se um dado equilibrado 4 vezes. Qual é a probabilidade P de sair pelo menos um seis?
n = 4
P =
16.ProbabilidadesDifícil
X tem a distribuição mostrada e Y = 2X + 10. Encontre o desvio padrão σY de Y.
x: 0, 1, 2, 3p(x): 0,3, 0,2, 0,3, 0,2Y = 2X + 10
σY =
17.Estatística descritivaMédia
Calcule o desvio-padrão amostral s dos dados: 26, 17, 34, 47, 53, 37.
n = 6
s =
18.Estatística descritivaDifícil
As notas de um exame seguem uma distribuição normal com média 100 e desvio-padrão 20. Calcule a pontuação z z de uma nota de 125.
μ = 100σ = 20x = 125
z =
19.Distribuição normalMédia
Arraste z para que a área sombreada sob a curva normal padrão, à direita de z, seja 0,8907. Encontre z com duas casas decimais.
A = 0,8907
z =
20.Distribuição normalDifícil
As durações de entregas seguem uma distribuição normal com média 32 min e desvio-padrão 6 min. Calcule o valor x abaixo do qual estão 97,5% delas (o percentil 97,5).
μ = 32σ = 6P = 97,5%
x = min
3Soluções
1.Limites
Resposta: L = 0,01832
Limites: tente primeiro a substituição direta. Se ela der 0/0, simplifique antes: fatore e cancele o fator comum, ou multiplique pelo conjugado. Quando x → ∞, divida o numerador e o denominador pela maior potência de x. Regra de L'Hôpital: se f/g dá 0/0 ou ∞/∞, então lim f/g = lim f′/g′, derivando o numerador e o denominador separadamente (e não com a regra do quociente).
Tomar o logaritmo
ln L = limx→∞ 2·x·ln(1 − 2/x)
Calcular
ln(1 + u)/u → 1 quando u → 0, então x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 2·(−2) = −4
Desfazer o logaritmo
L = e−4 = 0,01832
Resposta
L = 0,01832
2.Limites
Resposta: L = 12,5
Limites: tente primeiro a substituição direta. Se ela der 0/0, simplifique antes: fatore e cancele o fator comum, ou multiplique pelo conjugado. Quando x → ∞, divida o numerador e o denominador pela maior potência de x. Regra de L'Hôpital: se f/g dá 0/0 ou ∞/∞, então lim f/g = lim f′/g′, derivando o numerador e o denominador separadamente (e não com a regra do quociente).
Primeira aplicação
5·sin 5x/(2x) → 0/0
Segunda aplicação
25·cos 5x/2
Substituir x = 0
L = 25/2 = 12,5
Resposta
L = 12,5
3.Derivadas
Resposta: f′(2) = 59,11
Derivação: a derivada f′(x) é o declive do gráfico em x. Regra da potência: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Regra do produto: (uv)′ = u′v + uv′. Regra da cadeia: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Onde f′(x) = 0 o gráfico tem tangente horizontal: um máximo, um mínimo ou um ponto de sela.
Regra do produto
f′(x) = u′v + uv′ = ex·(2x + 1·x2)
Substituir
f′(2) = 7,389·(4 + 4) = 59,11
Resposta
f′(2) = 59,11
4.Derivadas
Resposta: b = −6
Derivação: a derivada f′(x) é o declive do gráfico em x. Regra da potência: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Regra do produto: (uv)′ = u′v + uv′. Regra da cadeia: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Onde f′(x) = 0 o gráfico tem tangente horizontal: um máximo, um mínimo ou um ponto de sela.
Ponto e declive
f(−1) = −6
f′(x) = 4x + 4 → f′(−1) = 0
Reta tangente em x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −6 − 0·(−1) = −6
Resposta
b = −6
5.Integrais
Resposta: I = 19,09
Integrais definidos: ∫ₐᵇ f(x) dx é a área com sinal entre o gráfico e o eixo x de a a b. Encontre uma primitiva F (com F′ = f) e calcule F(b) − F(a). Regra da potência: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). A área entre duas curvas é ∫(superior − inferior) dx.
Primitiva
F(x) = ex/1
Avaliar nos limites
I = (e3 − 1)/1 = (20,09 − 1)/1 = 19,09
Resposta
I = 19,09
6.Integrais
Resposta: A = 0,6667
Integrais definidos: ∫ₐᵇ f(x) dx é a área com sinal entre o gráfico e o eixo x de a a b. Encontre uma primitiva F (com F′ = f) e calcule F(b) − F(a). Regra da potência: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). A área entre duas curvas é ∫(superior − inferior) dx.
Pontos de interseção
0,5x2 = x → x = 0, x = 2
Integrar superior menos inferior
A = [0,5x2 − 0,1667x3]02 = 0,6667
Resposta
A = 0,6667
7.Números complexos
Resposta: a = −2,736
Forma polar: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ, com r = |z| e θ = arg z. De volta à forma retangular: a = r cos θ, b = r sin θ. O argumento exige o quadrante: θ = atan(b/a) somente quando a > 0; para a < 0 some ou subtraia 180°. Na forma polar a multiplicação é fácil: multiplique os módulos e some os argumentos; para a divisão, divida os módulos e subtraia os argumentos.
Componentes
a = 8·cos(110°) = −2,736
b = 8·sin(110°) = 7,518
Forma retangular
z = −2,736 + j7,518
a = −2,736
Resposta
a = −2,736
8.Números complexos
Resposta: Re(z⁶) = 64
De Moivre e raízes: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. A equação zⁿ = R∠φ tem exatamente n raízes, todas com módulo R1/n, nos argumentos (φ + 360°·k)/n para k = 0, 1, …, n − 1: elas ficam igualmente espaçadas sobre uma circunferência, a 360°/n uma da outra. Uma equação quadrática z² + pz + q = 0 com p² < 4q tem as raízes complexas z = −p/2 ± j√(q − p²/4); um polinômio com coeficientes reais sempre tem suas raízes complexas em pares conjugados a ± jb.
Forma polar
z = 1 − j√3 = 2∠−60°
De Moivre
z⁶ = (2)⁶∠−360° = 64∠0°
Forma retangular
z⁶ = 64·(cos 0° + j sin 0°) = 64
Re(z⁶) = 64
Resposta
Re(z⁶) = 64
9.Equações diferenciais
Resposta: t = 49,05 min
Equações diferenciais de primeira ordem: dy/dt = k·y tem a solução y = y₀·ekt (crescimento para k > 0, decaimento para k < 0); uma meia-vida T dá k = ln 2/T. A lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), dá T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Uma equação linear y′ + p(x)·y = q(x) é resolvida com o fator integrante μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, então μy = ∫μq dx + C.
Constante de resfriamento
k = ln(417/103)/28 = 0,04994 min⁻¹
Tempo até atingir o valor desejado
t = ln(417/36)/0,04994 = 49,05 min
Resposta
t = 49,05 min
10.Equações diferenciais
Resposta: y(2) = 6,95
Equações diferenciais de primeira ordem: dy/dt = k·y tem a solução y = y₀·ekt (crescimento para k > 0, decaimento para k < 0); uma meia-vida T dá k = ln 2/T. A lei de resfriamento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), dá T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Uma equação linear y′ + p(x)·y = q(x) é resolvida com o fator integrante μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, então μy = ∫μq dx + C.
Fator integrante
μ = e∫2/x dx = x2
Integrar
(x2y)′ = 4x4 → x2y = 4x5/5 + C
Condição inicial
3 = 4/5 + C → C = 2,2
Calcular
y(2) = (4·25/5 + 2,2)/22 = 6,95
Resposta
y(2) = 6,95
11.Matrizes e determinantes
Resposta: det A = −5
Matrizes: o determinante de uma matriz 2×2 é ad − bc. Numa 3×3, desenvolva por uma linha: cada elemento vezes o determinante da 2×2 que resta ao tirar a sua linha e coluna, com sinais alternados + − +. Os valores próprios λ resolvem det(A − λI) = 0; numa 2×2 é λ² − (traço)·λ + det = 0.
Menores 2×2 da primeira linha
M₁₁ = −5, M₁₂ = 0, M₁₃ = 5
Desenvolvimento por cofatores
det A = 2·(−5) − (−1)·0 + 1·5 = −5
Resposta
det A = −5
12.Matrizes e determinantes
Resposta: λ = 6
Matrizes: o determinante de uma matriz 2×2 é ad − bc. Numa 3×3, desenvolva por uma linha: cada elemento vezes o determinante da 2×2 que resta ao tirar a sua linha e coluna, com sinais alternados + − +. Os valores próprios λ resolvem det(A − λI) = 0; numa 2×2 é λ² − (traço)·λ + det = 0.
Equação característica
λ² − (5)λ + (−6) = 0
Resolva
λ = (5 ± √(49))/2 → λ = −1, 6
λ = 6
Resposta
λ = 6
13.Vetores: produto escalar e vetorial
Resposta: k = 0,6
Dot product:a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, a scalar. It gives the angle between two vectors, cos θ = a·b/(|a|·|b|), and it is zero when they are perpendicular. The scalar projection of a onto b is a·b/|b|, and a constant force F moving through a displacement d does work W = F·d.
Produto escalar igual a zero
a·b = 1·5 + (−5)·k + (−2)·1 = 0
3 + (−5)·k = 0
Resolver para k
k = −3/(−5) = 0,6
Resposta
k = 0,6
14.Vetores: produto escalar e vetorial
Resposta: (a × b)x = 12
Cross product:a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) is perpendicular to both vectors, and |a × b| = |a|·|b|·sin θ is the area of the parallelogram they span (the triangle has half of it). Order matters: b × a = −(a × b). The moment of a force F applied at point A about point O is MO = r × F, with r = A − O.
Produto vetorial, componente por componente
(a × b)x = aybz − azby = 4·6 − 3·4 = 12
(a × b)y = azbx − axbz = 3·(−4) − 0·6 = −12
(a × b)z = axby − aybx = 0·4 − 4·(−4) = 16
Componente pedida
(a × b)x = 12
Resposta
(a × b)x = 12
Verificação: a × b é perpendicular aos dois vetores, então o seu produto escalar com a e com b é zero.
15.Probabilidades
Resposta: P = 0,5177
Probabilidades: com resultados equiprováveis, P(A) = favoráveis/possíveis. Para acontecimentos independentes multiplica-se: P(A e B) = P(A)·P(B). O complementar ajuda muitas vezes: P(pelo menos um) = 1 − P(nenhum). Binomial: em n provas independentes com probabilidade de sucesso p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.
Complementar
P(nenhum seis) = (5/6)4 = 0,4823
P = 1 − 0,4823 = 0,5177
Resposta
P = 0,5177
16.Probabilidades
Resposta: σY = 2,227
Variáveis aleatórias discretas: uma distribuição de probabilidade lista cada valor x que uma variável pode assumir com sua probabilidade p(x); as probabilidades ficam entre 0 e 1 e somam 1. O valor esperado (média) é E(X) = Σx·p(x), a média de longo prazo. A variância é Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², e o desvio padrão é σ = √Var(X). Para uma mudança linear Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) e σY = |a|·σX; somar uma constante não muda a dispersão.
Dispersão de X
μ = 1,4, Var(X) = 1,24, σX = 1,114
Mudança linear
σY = |2|·1,114 = 2,227
Resposta
σY = 2,227
A média de fato se desloca: E(Y) = 2·1,4 + 10 = 12,8.
17.Estatística descritiva
Resposta: s = 13,23
Estatística descritiva: a média é a soma a dividir por n; a mediana é o valor central dos dados ordenados (a média dos dois centrais se n for par). O desvio-padrão amostral é s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Uma pontuação z = (x − μ)/σ diz a quantos desvios-padrão da média está um valor.
Estatística descritiva: a média é a soma a dividir por n; a mediana é o valor central dos dados ordenados (a média dos dois centrais se n for par). O desvio-padrão amostral é s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Uma pontuação z = (x − μ)/σ diz a quantos desvios-padrão da média está um valor.
Padronizar
z = (125 − 100)/20 = 1,25
Resposta
z = 1,25
19.Distribuição normal
Resposta: z = −1,23
De uma área de volta a z: Φ(z) é a área à esquerda de z. Para uma área de cauda esquerda A, encontre na tabela o z com Φ(z) = A. Uma área de cauda direita A significa Φ(z) = 1 − A. Uma área central A entre −z e z deixa (1 − A)/2 em cada cauda, então Φ(z) = (1 + A)/2. Para um valor x, use x = μ + zσ.
Área à esquerda de z
Φ(z) = 1 − 0,8907 = 0,1093
Leia a tabela de z ao contrário
Encontre 0,1093 dentro da tabela e leia z.
z = −1,23
Resposta
z = −1,23
20.Distribuição normal
Resposta: x = 43,76 min
Distribuição normal: converta um valor x em uma pontuação z, z = (x − μ)/σ, que conta quantos desvios-padrão ele está da média. Uma tabela z (ou Φ(z)) dá a área à esquerda de z, que é P(X < x). A área à direita é 1 − Φ(z), e a área entre dois valores é a diferença entre as duas áreas.